圖為項目成果驗收
鈾資源之於核工業，好比糧食之於人類。安全穩定的鈾資源供應，是核工業發展的重要基石。日前，中國第一所核工業大學東華理工大學核資源與環境國家重點實驗室的郭福生教授團隊，在中國地質調查局三維地質調查試點項目、國家自然科學基金項目、中央地質勘查基金項目資助下，採用地質、地球物理探測和信息技術綜合手段，開展相山盆地三維地質調查與建模，並對深部有利成礦區進行定位預測與鑽探勘查。歷經10年攻關，通過為大地「做CT」，為鈾礦「測三維」，實現了找礦關鍵技術的重大突破。該成果獲得2017年度中國地質調查局地質科技一等獎、2018年度江西省科學技術進步一等獎。
圖為在野外開展物探測量
創新方法，推進深部探測新跨越
「淺部礦產資源量不斷減少，而深部找礦難度又非常大，一方面成礦控制因素複雜多樣，另一方面深部探測關鍵技術尚未突破。」郭福生說。江西相山盆地是我國最大最富的火山巖型鈾礦田，經過半個多世紀的勘探與開採，已然面臨著需要深部勘探的難題。
面對深部找礦的世界性難題，作為老牌地質院校，東華理工人迎難而上、勇挑重擔。郭福生團隊集成創新了適用於火山—侵入雜巖礦集區三維地質調查的「地質—物探—鑽探多源信息融合」技術方法，給深部找礦裝上了「透視鏡」。
三維地質調查是一項探索性很強的工作，目前國內外尚無成熟的技術方法。針對相山火山盆地這樣的複雜火山—侵入雜巖礦集區，技術攻關難度更大。地殼中的地質體是從地表連續延伸到地下的，而以往地表地質調查、深部地質結構解譯與可視化表達分屬不同專業的人員分管，這給地質體整體結構探索帶來困難。
「既要有『富鈾』的信心，更要有『富有』的智慧。」郭福生說。為此，團隊採取地質、物探、信息技術人員跨學科協力攻關的方式，在1∶50000地表地質填圖和重磁三維反演基礎上，開展覆蓋全區的大地電磁測深(MT)，再用鑽探信息對MT剖面解譯進行約束。在展示深部目標地質體空間展布特徵的同時，重構了相山盆地古火山機構，確定了主火山口位置並新發現了4個次級火山口。該成果為國內外類似地區的三維地質調查做了成功示範，先後被國內20多家單位推廣應用。
圖為三維模型讓地下透明化
構建模型，實現關鍵技術新突破
當前全國數字地質調查積累的大量空間數據尚未得到進一步開發利用，而用其進行三維建模的做法，前人的嘗試也未曾成功。
郭福生團隊利用野外路線PRB數據，首創研發了一套在GOCAD軟體平臺上的「數字地質填圖建模」方法，不僅為區域地質調查成果提供了新型表達方式，也為更深層次的三維地質建模打下了基礎。
地質剖面建模是常規的三維建模方法，同時需要融入大量的地形、地質、物探、鑽孔、礦山開採等資料，但各種各樣的數據如何有效集成是一個難題。團隊成員屢次攻關、毫不氣餒，探索出多源數據融合建模方法體系。基於地質圖、物探解譯剖面圖、勘探線剖面圖和中段平面圖等，團隊建立了相山火山盆地、關鍵成礦區、典型礦床等5個不同層次、不同類型的三維地質模型，為深部找礦勘查提供了信息分析與決策支持服務，並實現地下3000米範圍內地質結構的「透明化」顯示，取得礦田三維可視化關鍵技術的突破。
華南許多鈾礦床的成礦鈾源均來源於印支期花崗巖，在鈾礦勘查進程中，團隊在相山火山盆地南側首次發現了印支期富鈾花崗巖體，並且根據巖漿捕獲鋯石及物探數據解譯結果，推斷出相山火山盆地深部存在印支期富鈾巖體。經過細緻系統地觀察與鑑定測試，鑑別出大量巖漿及熱液隱爆角礫巖、隱爆細碎屑巖，它們與成礦關係密切，是重要的找礦標誌和依據，由此開闢了相山鈾礦田成礦作用研究新思路。
圖為三維地質模型演示
產研融合，探明深部鈾礦新儲量
找礦勘探的重大突破，離不開成礦理論的不斷創新，更離不開產學研深度融合。科學界對相山盆地鈾礦成因一直存在較大爭議。郭福生團隊根據鈾礦化與隱爆碎屑巖的密切關係，通過水物理化學理論計算、成礦物質活化與沉澱實驗，提出了水力壓裂鈾成礦理論新認識，闡明了水力壓裂裂隙和隱爆碎屑巖是鈾礦化的主要成礦空間，為相山鈾礦找礦不斷取得新成果奠定了基礎。團隊還發現了相山西部平緩火山巖組間界面與裂隙密集帶複合部位賦礦的規律，在前人「鄒家山式」勘查模型基礎上，提出了「居隆庵式」勘查模型，豐富和深化了「三界面」控礦規律認識。
基於理論上的突破，郭福生團隊與長期在相山鈾礦田開展找礦勘探工作的核工業270研究所、江西省核工業地質局261大隊、核工業北京地質研究院聯合攻關，將三維建模成果在找礦勘探中有效應用，對成礦預測區進行鑽探查證，新發現了2個鈾礦產地，擴大了7個鈾礦床規模，為國家提交了鈾礦資源量逾萬噸(相當於超大型鈾礦床規模)，實現了深部鈾礦找礦重大突破，為相山鈾資源大基地建設提供了有力保障。
在剖析深部地質結構和鈾礦勘查方面，三維地質調查與建模技術在其精度和應用效果方面更是走在了國際前沿。「如今團隊的一個科研方向是繼續融合地質、物探、信息技術，開展地表—地下一體化、可視化研究，在深部地質結構和礦床三維地質模型構建方面築起一座高臺，為中國鈾業繼續加『鈾』。」郭福生說。(陳晶晶)